薛 玉，王憲彬，陳宇微，魏宇奕，王嘉慧

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150036）

0 引 言

順風(fēng)車是近年來發(fā)展較為迅速的一種共享出行方式，其順應(yīng)了交通運輸新趨勢，市場前景廣闊。然而，順風(fēng)車的準(zhǔn)入門檻較低，職業(yè)順風(fēng)車司機提供的服務(wù)水準(zhǔn)參差不齊，加上車內(nèi)空間密閉，犯罪成本低，并且缺乏完備的保護乘客的安全裝置，順風(fēng)車安全問題頻發(fā)。目前市面上保護順風(fēng)車乘客安全的裝置大多有行程錄音保護、路線偏移預(yù)警、110報警一鍵撥打、24小時安全專線、車主乘客號碼保護、乘客自動分享行程、行程保險全面保障以及行程錄音取證等功能，但都未實現(xiàn)智能識別和自動報警，不能從根本上解決乘客的安全問題。從根本上保護順風(fēng)車乘客，避免惡性事件發(fā)生，已經(jīng)成為行業(yè)目前亟待解決的問題。因此，為滿足當(dāng)下需求，順風(fēng)眼團隊設(shè)計出一款車內(nèi)人員安全預(yù)警報警裝置來維護車主及乘客人身安全。

1 系統(tǒng)功能及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 系統(tǒng)功能

新型車內(nèi)安全裝置——順風(fēng)眼，利用多種核心技術(shù)，實現(xiàn)了對司機用手襲擊乘客身體等威脅乘客安全的動作的實時檢測目標(biāo)[1]，并在檢測到司機有不正當(dāng)行為后傳輸報警信號，自動向警務(wù)片區(qū)發(fā)送定位及攝像頭拍攝的原視頻，從而有效保護乘客安全。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 基于OpenCV和深度學(xué)習(xí)的動作識別技術(shù)

深度學(xué)習(xí)檢測和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Rerrent Neural Network，RNN）能較好地處理檢測視頻內(nèi)容的時間序列問題，而卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional Neural Networks，CNN）對于圖像有較好的應(yīng)用效果，故檢測一個動作需要將兩者結(jié)合起來[2]。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RNN與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN相結(jié)合的結(jié)果是循環(huán)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Recurrent CNN，RCNN）。RCNN將卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的卷積層替換為內(nèi)部具有遞歸結(jié)構(gòu)的循環(huán)卷積層（Recurrent Convolutional Layer，RCL），并按前饋連接建立深度結(jié)構(gòu)。

OpenCV是一個開源的跨平臺計算機視覺和機器學(xué)習(xí)軟件庫，可在Windows和Linux等系統(tǒng)中運行，主要接口語言是C++語言，同時也提供Python等大量其他編程語言接口，具有實時單目標(biāo)跟蹤算法、RISC-V指令集以及圖計算模塊G-API等多種算法模塊[3]。OpenCV愈發(fā)完善的圖像處理功能為本裝置的圖像處理與動態(tài)識別提供了強有力的支持。本系統(tǒng)以Python結(jié)合OpenCV庫來操作攝像頭，從攝像頭采集視頻動態(tài)數(shù)據(jù)并保存為文件。

1.2.2 無線傳輸信號報警技術(shù)

無線傳輸方式主要利用無線技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，它有多種傳輸方式，其中微波傳輸能夠?qū)崟r傳輸圖像，成本低，無需布線和維護，有很大的安裝優(yōu)勢[4]。在無線傳輸技術(shù)中，GPRS技術(shù)作為一種通用無線分組業(yè)務(wù)，能更好地滿足報警技術(shù)的需求。GPRS使GSM系統(tǒng)的無線資源利用率得到了顯著提高，它不僅能夠保證圖片質(zhì)量和清晰度，還能通過對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進行分組，利用空閑的無線信道資源進行傳輸，并可以靈活調(diào)整業(yè)務(wù)調(diào)度策略[5]。利用GPRS傳送信號，只需要一個控制中心和多個終端即可，外接一個攝像頭和GPS定位系統(tǒng)后，即可將相應(yīng)的圖片信息、視頻信息以及位置信息等快速傳遞到控制中心。

1.2.3 人體姿態(tài)估計技術(shù)

從視頻圖像中識別出人體姿態(tài)，對于人體動作識別非常重要，直接影響到對危險動作的判斷。對于相同行為，不同人的運動幅度也不盡不同。因此，先檢測圖片中的人體關(guān)鍵點，再將已檢測到的人體關(guān)鍵點準(zhǔn)確地聯(lián)系起來，進而估計人體姿態(tài)[6]。人體姿態(tài)估計技術(shù)中的多人姿態(tài)估計需要檢測所有人體，對所有人體姿態(tài)進行分析，但由于存在人與人相互遮擋、疊加及觸碰等行為，會對多人姿態(tài)估計造成一定的誤差。故本系統(tǒng)采用由下而上的方法，首先檢測出圖像中各人體的關(guān)節(jié)點，其次根據(jù)人體結(jié)構(gòu)正確匹配人體關(guān)節(jié)點進行重新組合，最后正確分析人體動作行為。這種方法有效地解決了人體檢測中重復(fù)估計和錯誤估計的問題[7]。本系統(tǒng)采用聯(lián)合子集劃分和標(biāo)記模型（SPLP模型），該模型可同時檢測出人體數(shù)量以及人體姿態(tài)，并能較好地分析出遮擋部位。

1.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用情況

1.3.1 動作識別技術(shù)

動作識別系統(tǒng)應(yīng)用于順風(fēng)眼視覺感知模塊，主要針對車內(nèi)人員。無論乘客還是司機的異常行為都可以被順風(fēng)眼檢測學(xué)習(xí)，司機和乘客都可得到安全保障。本系統(tǒng)利用樹莓派調(diào)用攝像頭進行視頻錄制，OpenCV將已經(jīng)識別出的標(biāo)有人體關(guān)鍵點的動作與數(shù)據(jù)集生成的模型進行比對，從而達成危險動作的識別。如果檢測出異常行為，在將相關(guān)圖片和視頻錄像傳輸給警方后，也會將相關(guān)分析結(jié)果儲存在自己的信息庫中[8]。同時，利用信息庫中的數(shù)據(jù)集不斷地訓(xùn)練，提高分析結(jié)果的精確性。

1.3.2 無線傳輸信號報警技術(shù)

本系統(tǒng)利用GPRS技術(shù)提供端到端、廣域無線IP連接的功能，將采集的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS-DTU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，再通過GRPS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的主機[9]。監(jiān)控主機利用監(jiān)控軟件定義的虛擬設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控軟件界面中，在監(jiān)控主機上實時顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)并監(jiān)控，通過人工驗證是否真的存在威脅。若確有威脅，則向附近警務(wù)區(qū)報警。

1.3.3 人體姿態(tài)識別技術(shù)

Openpose人體姿態(tài)識別技術(shù)適用于單人和多人。本系統(tǒng)更多地需要面向兩人及兩人以上（司機與乘客們）的互動行為識別。故本系統(tǒng)采用聯(lián)合子集劃分和標(biāo)記模型，對提取出的人體關(guān)節(jié)點數(shù)據(jù)進行分類，對駕駛員和乘客的危險動作進行識別，以判斷是否需要報警[10]。系統(tǒng)主要通過人體關(guān)節(jié)點識別駕駛員和乘客的危險動作，通過OpenCV調(diào)用攝像頭，識別視頻中人體關(guān)鍵點，調(diào)用Openpose行為庫對人體姿態(tài)進行識別，最后將已處理好的人體姿態(tài)與預(yù)先保存好的危險動作進行比較，從而判斷駕駛員或乘客的動作是否屬于危險動作。

2 方案設(shè)計

車內(nèi)安全裝置由預(yù)警啟動模塊、監(jiān)控存儲模塊、圖像處理模塊以及報警傳輸模塊組成。通過這些模塊實現(xiàn)實時監(jiān)控、自動報警以及圖像和視頻等證據(jù)的儲存。

車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。前端設(shè)備主要包括攝像頭、圖像存儲器、圖像處理器、人體感應(yīng)器、測距儀以及蜂鳴器等，后端設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)分析器、報警裝置、數(shù)據(jù)發(fā)送器以及5G急速云盤等。前端主要完成對車內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)控與分析，通過攝像頭、圖像存儲器、圖像處理器、人體感應(yīng)器及測距儀來分析車內(nèi)人員是否出現(xiàn)危險、脅迫動作，若分析結(jié)果為車內(nèi)出現(xiàn)異常情況，則調(diào)動蜂鳴器進行警報，對車內(nèi)人員進行警告。同時，后端及時接收和分析由前端傳來的相關(guān)視頻、圖像及分析結(jié)果，進行進一步分析，判斷是否需要啟動報警模塊和進行數(shù)據(jù)發(fā)送，并將相關(guān)圖片和視頻證據(jù)及時上傳儲存至5G急速云盤，進行證據(jù)存留，獲取車外救援。

圖1 車內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)組成圖

3 結(jié) 語

系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對車輛的全方位實時定位監(jiān)控，還具備識別威脅動作的功能，能及時監(jiān)測到緊急事件的發(fā)生并發(fā)出警報。本裝置圖像清晰，可以自動報警，在市場競爭中極具優(yōu)勢。同時，裝置還與公安部門關(guān)聯(lián)合作，提高了營救效率，為警方出警爭取了寶貴時間。為確保定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與實時性，團隊后期還會對定位系統(tǒng)加大研究，同時還要加強系統(tǒng)的防御功能，以保護用戶的信息與個人隱私，避免乘客的定位、聲音及緊急聯(lián)系人等信息的泄露。順風(fēng)眼安全裝置可保障順風(fēng)車乘客的生命財產(chǎn)安全，避免順風(fēng)車安全事故的發(fā)生，提高了社會安全性。